Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Complex agricultural sciences
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Soltész, Alexandra Vágújfalvi, Attila Vashegyi, Ildikó
Starting date
2011-04-01
Closing date
2016-03-31
Funding (in million HUF)
32.350
FTE (full time equivalent)
8.11
state
closed project
Summary in Hungarian
A klímaváltozás eredményeként időjárásunk egyre kiszámíthatatlanabbá válik. Ennek hatására haszonnövényeinket, így a termesztett gabonaféléket is növekvő hőmérsékleti, szárazság- és ozmotikus stressz éri, jelentős terméskiesést, valamint a terméshozam csökkenését okozva. Ez a jelenség felerősítette az igényt a gabonafélék abiotikus stressz-toleranciájának növelésére. A növények alkalmazkodóképességének növeléséhez azonban ismernünk kell az abiotikus stressz-tolerancia kialakításában szerepet játszó legfontosabb molekuláris mechanizmusokat (pl. foszfolipid jelátviteli útvonalak). Kutatásunk célja foszfatidil-inozitol transzfer fehérjék és foszfatidil-inozitol 4-kinázok azonosítása modellnövényként használt árpában, szekvencia homológia alapján. Ezt követően a fehérjéket baktériumban kívánjuk termeltetni, és a tisztított proteineket jellemezzük. Megmérjük a kinázok aktivítását, meghatározzuk a transzfer fehérjék lipidkötő és -szállító képességét, valamint megvizsgáljuk a fehérjék sejten belüli elhelyezkedését konfokális mikroszkóp segítségével. Az újonnan azonosított fehérjék abiotikus stressz-toleranciában játszott szerepének ellenőrzésére azokat árpa kallusz kultúrában túltermeltetjük, ill. génjeiket csendesítjük, majd megvizsgáljuk a transzformáns kultúrák hideg-, hő- és ozmotikus stresszel szembeni toleranciájának megváltozását. A projekt sikeres lezárása esetén új kísérletes adatok birtokába jutunk a gabonafélékben abiotikus stressz hatására aktiválódó jelátviteli mechanizmusokról és azok szereplőiről. Az intézeti és személyi háttér az igényelt támogatással biztosítja a kutatási terv megvalósulását a rendelkezésre álló 4 év alatt.
Summary
As a consequence of climate change, occurrence of erratic weather conditions is increased. This generates temperature, drought and osmotic stress for cereals and other cultivated plants causing significant loss of production and decrease of yield. This phenomenon intensified the need for enhanced abiotic stress tolerance in cereals. To improve the adaptation ability of the crop plants, it is very important to understand the major molecular mechanisms, such as phospholipid signalling, involved in abiotic stress tolerance. Our target is to identify phosphatidylinositol transfer proteins and phosphatidylinositol 4-kinases in barley, as a model plant, using homology search. Furthermore, we would like to express these proteins in bacterial cells to characterize them. We wish to study their kinase activity, lipid binding and transfer capability, moreover we plan to determine their subcellular localization using confocal microscopy. In order to verify the involvement of these proteins in the abiotic stress response, we plan to overexpress and, in contrary, to silence these genes in barley callus culture system and investigate the transformant cultures looking for alterations in the cold, heat or osmotic stress tolerance. The successful completion of this project will lead to the discovery of novel experimental data on the fundamental mechanisms and components of the abiotic stress signalling in cereals. The institutional and personal background along with the claimed budget is sufficient for the realization of the project plan in four research year.
Final report
Results in Hungarian
Szekvencia adatbázisok adatai alapján hidegkezelt "Nure" fagytűrő árpa fajtából klónoztunk egy feltételezett foszfatidilinozitol transzfer fehérjét (PITP) és egy feltételezett foszfatidilinozitol 4-kinázt (PI4K) kódoló szekvenciát. Mutáns Arabidopsisban végzett funkcionális komplementációs eredményeink alapján úgy tűnik, hogy a PI4K inszerciós mutáns törpe növésű fenotípusát nemcsak az árpa PI4K kompenzálja, hanem bizonyos mértékig az árpa PITP is. A PITP és PI4K génekkel transzformált árpa vonalakon kapott eredmények alapján úgy véljük, hogy a stressztűrésben szerepet játszó jelátviteli útvonalak kulcsszereplőinek emelkedett szintje fokozhatja az árpa stressztűrését. Jelátviteli útvonalak farmakológiai gátlása segítségével megállapítottuk, hogy a CBF géncsalád különböző tagjai a hidegindukciójuk során eltérő jelátviteli útvonalak által aktiválódnak, és az eltérő reguláció szoros összefüggést mutat az egyes CBF gének szekvencia homológiájával.
Results in English
Based on sequence homology data, putative phosphatydilinositol transfer protein (PITP) and a putative phosphatydilinositol 4-kinase (PI4K) coding sequences were cloned from cold tolerant barley cultivar Nure following cold treatment. Functional complementation studies performed in mutant Arabidopsis suggest that the dwarf phenotype of the PI4K insertion mutant is complemented by barley PI4K and to a lesser extent by the barley PITP, as well. Our results from PI4K and PITP tansformant barley lines suggest that elevated level of key components in stress signalling might increase the stress tolerance of barley. We described using pharmacological inhibition of signalling pathways that different members of the CBF gene family are activated by different signalling pathways and the differing regulation showes tight correlation with the sequence based homology of the CBF genes.
Ildikó VASHEGYI, Zsuzsa MAROZSÁN-TÓTH, Gábor GALIBA, Petre I. DOBREV, Radomira VANKOVA, Balázs TÓTH: Cold Response of Dedifferentiated Barley Cells at the Gene Expression, Hormone Composition and Freezing Tolerance Levels: Studies on Callus Cultures, Molecular Biotechnology (accepted for publication) DOI: 10.1007/s12033-012-9569-9, 2012
Vágújfalvi A, Soltész A, Bálint A F, Vashegyi I, Tóth B, Kocsy G, Galiba G: Different approaches involving testing methods, gene mapping and transformation reveal new insights into cereal frost tolerance, ACTA AGRONOMICA HUNGARICA 60:(2) pp. 167-182. (2012), 2012
Marozsánné Tóth Zs, Vashegyi I, Galiba G, Tóth B: Identification of signal transduction pathways involved in cold stress by gene expression studies in cereals, In: Balázs E (szerk.) pp. 13-2014. Book of Abstracts of Pannonian Plant Biotechnology Workshops, Advances in Plant Breeding and Plant Biotechnology in Central Europe., 2012
Ildikó VASHEGYI, Zsuzsa MAROZSÁN-TÓTH, Gábor GALIBA, Petre I. DOBREV, Radomira VANKOVA, Balázs TÓTH: Cold Response of Dedifferentiated Barley Cells at the Gene Expression, Hormone Composition and Freezing Tolerance Levels: Studies on Callus Cultures, Molecular Biotechnology 54:(2) pp. 337-349., 2013
Vashegyi I, Marozsán-Tóth Zs, Galiba G, Dobrev PI, Vankova R, Tóth B: Regulatory components involved in cold tolerance of barley cells, 2nd Conference of Cereal Biotechnology and Breeding: Book of Abstracts. Budapest, Magyarország, 2013.11.05-2013.11.07. Akadémiai Kiadó, pp. 38-39., 2013
Marozsánné Tóth Zsuzsa, Vashegyi Ildikó, Galiba Gábor, Tóth Balázs: Effect of calcium on the cold induced gene expression in cereals, VIPCA II. Plant Genetics and Breeding Technologies. Vienna, Ausztria, 2013.02.18-2013.02.20.p. 79., 2013
Marozsán-Tóth Zs, Vashegyi I, Galiba G, Tóth B: Signaling components in the cold stress response of barley, Plant Biology Europe FESPB/EPSO 2014 Congress. Konferencia helye, ideje: Dublin, Írország, 2014.06.22-2014.06.26. Dublin: p. 63., 2014
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Molekuláris Biológiai Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
